什么是混沌理論(Chaos Theory)？

混沌理論指的是某些運動系統的行為，如洋流或人口增長，對初始條件的微小變化特別敏感，這些變化會導致截然不同的結果。與通俗的說法不同，混沌理論并不意味著世界在隱喻上是混沌的，它也不是指熵，系統自然趨向無序。混沌理論依...

混沌理論指的是某些運動系統的行為，如洋流或人口增長，對初始條件的微小變化特別敏感，這些變化會導致截然不同的結果。與通俗的說法不同，混沌理論并不意味著世界在隱喻上是混沌的，它也不是指熵，系統自然趨向無序。混沌理論依賴于測量中固有的不確定性，預測的精確性，以及看似線性系統的非線性行為；這個概念認為，一個看似微不足道的行為——比如蝴蝶拍動翅膀——可以對系統產生戲劇性的影響——比如天氣。在量子力學之前，混沌理論是物理學中第一個“怪異”的概念。1900年，亨利·彭加勒（Henri Poincaré）思考了一個系統的不同時間點上的值之間的關系，這個系統的一般行為可以被準確地預測出來，例如一個在軌道上運行的行星。他意識到，一個測量，如位置、速度或時間，無法精確定位，因為每一種可能被開發的儀器都有其靈敏度的限制，也就是說，沒有一種測量是無限精確的，龐加萊知道運動是由一系列方程來確定的，這些方程可以精確地預測，比如一個球如果被滾動，最終會在哪里結束下斜坡然而，他提出了一個理論，即初始條件的微小差異（基于質量等測量的幾乎微不足道的變化），可能在遙遠的將來導致兩個完全不同的宏觀結果。這個理論被稱為動態不穩定性，后來的科學家們證實了他的觀點的正確性因此，混沌理論研究的是有組織的、穩定的系統如何在很晚的時間內總是不能產生有意義的預測，即使短期行為更接近預期，它所產生的任何預測都可能是如此巨大的分歧，以至于它們都不比猜測好。一個更精確的值不會產生更精確的輸出，這是違反直覺的環境被稱為蝴蝶效應。這個比喻表明，一只蝴蝶扇動翅膀，一種幾乎無法察覺的影響，可能促成了地球另一邊的颶風的發展。愛德華·洛倫茲在20世紀60年代首次進行了計算機模擬，用實際數據證明了動態不穩定性方程和數據。在幾個重要的系統中，初始條件不能從后來的條件中推斷出來，反之亦然，比如大氣壓力和洋流，這些系統對天氣和氣候都有影響。這不僅僅是一個真實的生活因為海洋中溫度計太少混沌理論是一種可驗證的、數學上一致的理論，它表明，有時將越來越精確的測量值插入方程中并不會產生越來越精確的預測值，而是會產生如此極端的發散值，以至于它們實際上毫無用處一些物理學家正在研究這種表面上的隨機性和大尺度結構之間的聯系。他們正在研究全球氣候的模式，超星系團中星系的質量分布，以及地質時間尺度上的人口變化。他們假設在宏觀層面上，只有通過混沌理論的無序性和不一致性，才有可能實現某種組織和一致性

發表于 2020-08-25 05:00
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分類：科學教育

什么是混沌理論(Chaos Theory)？

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